碳纖維廢棄物再利用技術(shù)獲進(jìn)展

　　記者從哈爾濱工業(yè)大學(xué)獲悉，該校材料科學(xué)與工程學(xué)院教授費(fèi)維棟、王黎東團(tuán)隊(duì)，以及該校空間環(huán)境與物質(zhì)科學(xué)研究院副研究員盛捷團(tuán)隊(duì)在碳纖維廢棄物再利用新技術(shù)方面取得重要研究進(jìn)展。該技術(shù)能將碳纖維邊角料、預(yù)浸料及樹脂復(fù)合材料等多種廢棄物成功轉(zhuǎn)化為可重新使用的石墨烯接枝碳纖維和石墨烯粉末，為應(yīng)對(duì)日益增長(zhǎng)的碳纖維廢棄物挑戰(zhàn)提供可持續(xù)且經(jīng)濟(jì)可行的解決方案。相關(guān)研究成果近日發(fā)表在《自然·通訊》上。

　　隨著碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料在航空航天、風(fēng)電等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，其生產(chǎn)廢料及報(bào)廢制品數(shù)量增加。如何實(shí)現(xiàn)碳纖維廢棄物的高效、高值化回收利用已成為難題。

　　針對(duì)這一挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地利用鎂粉和碳酸鈣粉末作為反應(yīng)物，基于自蔓延高溫合成技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在“固態(tài)火焰”中對(duì)碳纖維廢棄物的快速升級(jí)回收。鎂粉和碳酸鈣被點(diǎn)燃后，發(fā)生劇烈的固態(tài)化學(xué)反應(yīng)并產(chǎn)生高溫條件。這種瞬態(tài)高溫環(huán)境下固態(tài)碳纖維廢棄物發(fā)生直接物質(zhì)轉(zhuǎn)化。

　　機(jī)理研究表明，在“固態(tài)火焰”燃燒過程中，鎂扮演了關(guān)鍵角色。它通過電子轉(zhuǎn)移效應(yīng)顯著降低環(huán)氧樹脂分解中間體中芳基—氧鍵的鍵能，進(jìn)而促進(jìn)C—O鍵的斷裂和C—C鍵的偶聯(lián)/互聯(lián)，從而驅(qū)動(dòng)環(huán)氧樹脂向石墨烯結(jié)構(gòu)演化，并促使石墨烯在碳纖維缺陷位點(diǎn)發(fā)生接枝。微觀機(jī)制分析表明，石墨烯—碳纖維界面形成的C—C共價(jià)鍵實(shí)現(xiàn)了兩者的高強(qiáng)度結(jié)合，從而顯著提升了接枝碳纖維的增強(qiáng)效率，其增強(qiáng)效果甚至優(yōu)于未改性碳纖維。基于此，所獲石墨烯接枝碳纖維和石墨烯粉末在石墨基復(fù)合材料與電磁干擾屏蔽等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊應(yīng)用前景。

　　值得一提的是，相較于傳統(tǒng)熱回收和焚燒，該技術(shù)具有更低的全球變暖潛能值和累積能源需求，更加環(huán)保。(朱虹)

　　轉(zhuǎn)自：科技日?qǐng)?bào)

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